Источник света может располагаться либо снаружи камеры (в виде специального проектора, фонаря), либо внутри камеры. Большинство имеющихся в продаже камер этого типа оснащены ИК-лампами, расположенными внутри корпуса устройства. Это упрощает не только установку камеры, но и ее эксплуатацию.
Взгляд во тьме: как устроены приборы ночного видения
Прибор ночного видения — обязательный атрибут для всех друзей ночной охоты. Даже в условиях очень низкой освещенности можно обнаружить добычу. Но многие, кто пользуется прибором ночного видения, не имеют представления о том, как он работает. В этой статье мы подробно расскажем вам об устройствах, позволяющих видеть в темноте ночи.
Приборы ночного видения — это изобретение военных. Первые устройства такого рода появились во время Второй мировой войны. Они были громоздкими, не очень «дальнобойными» (их видимость составляла не более 200 метров) и обеспечивали движение танковых колонн ночью. В 1944 году немецкие инженеры разработали первый прототип оптических наводчиков, которые мы используем сегодня. Но при относительно небольшом радиусе действия — около 100 метров, он весил почти 35 килограммов со всем дополнительным оборудованием и батареями!
Устройство было основано на принципе стекла Холста — изобретении датчанина Жиля Холста, который создал прибор из двух вставленных друг в друга стекол, нижние части которых были покрыты фотокатодом и люминофором. Фотокатод получает слабое инфракрасное излучение и начинает испускать электроны. Эти электроны попадают на люминофор, который начинает светиться в видимом диапазоне.
Такая система была довольно простой, но имела много недостатков. Основными недостатками были плохое качество изображения на выходе и высокий уровень шума фотокатода, поэтому его приходилось охлаждать до температуры окол о-40°C. Кроме того, колеса Holst были слишком чувствительны к бликам и легко становились бесполезными при использовании фар.
Развитие идеи
ЭФУ первого поколения были заменены в 1960-х и 1970-х годах электростатическими фокусерами со специальными линзами. Хотя эта система также оказалась «тупиковой» в долгосрочной перспективе, она обеспечивала гораздо лучшее разрешение и не так сильно страдала от окклюзий, поскольку не требовалась дополнительная внешняя инфракрасная подсветка. БПЛА с электростатическими линзами с большим успехом использовались американскими войсками во время войны во Вьетнаме.
Настоящим прорывом стало изобретение микроканальной пластины или MCP. Название говорит само за себя: это очень узкие стеклянные пластины с множеством каналов диаметром около 10 микрометров, стенки которых покрыты медью или йодистым цезием.
Эти каналы играют роль усилителей сигнала: входящий электрон ударяет один или несколько вторичных электронов, которые, в свою очередь, ударяют частицы за пределами стенок. Таким образом, лавина электронов достигает люминофорного слоя и создает изображение.
Микроканальная технология позволила добиться невероятных для того времени результатов: Устройства с коэффициентом усиления около 20 000 и в то же время настолько маленькие, что об их наличии в оружии можно было подумать только при прицеливании. Технология MCV проложила дорогу в «гражданский сектор»: ее начали использовать кинематографисты, спасательные службы и службы безопасности.
Однако описанный выше принцип отнюдь не является венцом развития приборов ночного видения. Есть еще одно новшество, которое значительно улучшило чувствительность этих устройств: Арсенид-галлиевые фотокатоды. Их использование позволяет различать объекты порядка 10 микролюкс — это означает, что прибор будет работать даже глубокой ночью без луны и в довольно плотных облаках.
ПНВ по-простому
После этого введения в историю БПЛА мы можем рассказать вам больше о том, как создаются эти устройства. Они основаны на устройстве, которое обнаруживает излучение в невидимой части спектра (например, ультрафиолетовые или инфракрасные лучи) и преобразует его в видимый свет; также возможно усиление очень слабого видимого света, чтобы он был виден человеческому глазу. Эта часть прибора ночного видения называется электрооптическим преобразователем.
Излучение от объекта, который можно наблюдать через прибор ночного видения, сначала попадает на линзу и проецируется ею на фотокатод. Это приводит к испусканию электронов на поверхности фотокатода. Интенсивность этого процесса в отдельных областях фотокатода зависит от яркости проецируемого изображения объекта.
Частицы, испускаемые с поверхности фотокатода, попадают в усилитель. В современных устройствах, как уже говорилось выше, эту роль берет на себя микроканальная пластина (MCP), в каналах которой количество электронов, летящих в люминофоре, увеличено в сто тысяч раз. Затем эти частицы попадают на люминофорный экран, где создают изображение.
Система довольно проста. Но любопытный читатель задаст вопрос: как прибор ночного видения может работать в условиях такой низкой освещенности, что он не может уловить излучение и преобразовать его в узнаваемое изображение объекта? Для таких случаев многие приборы ночного видения оснащены специальным инфракрасным осветителем. Он обеспечивает свет, необходимый для того, чтобы видеть в полной темноте.
Принципы ночного видения.
Днем мы видим окружающее нас пространство, потому что солнечный свет падает на поверхность предметов и объектов, затем рассеивается и попадает на чувствительную сетчатку глаза.
Ночью нет естественного освещения, и человеческий глаз не может хорошо видеть окружающие предметы. Несмотря на отсутствие естественного света, ночью существует слабое инфракрасное фоновое излучение с длиной волны менее 1 мкм (микрометра).
Инфракрасное фоновое излучение вызвано рассеянием от облаков и других атмосферных неоднородностей от удаленных источников излучения, таких как звезды, Луна и т.д. Для того чтобы видеть окружающее пространство ночью, это фоновое излучение должно быть принято, усилено и преобразовано в видимое изображение.
Для работы в шахтах, замкнутых пространствах и туннелях, где отсутствует естественный радиационный фон, используется активное инфракрасное освещение.
Как устроены приборы ночного видения?
В основе каждого прибора ночного видения лежит электрооптический преобразователь (ЭОП).
ЭОП состоит из линзы, вакуумной трубки, умножителя напряжения, источника питания и дисплея. Здесь вы можете прочитать о конструкции трубки усилителя изображения на конкретном примере.
Линза содержит полупрозрачный фотокатод, который улавливает инфракрасное излучение. Явление фотоэлектронной эмиссии (внешний фотоэлектрический эффект) создает электронное облако вокруг фотокатода. Плотность электронов в облаке точно соответствует распределению света и тени на полученном оптическом изображении.
Между фотокатодом и экраном прикладывается постоянное напряжение 10-12 кВ (10000-12000 вольт). Это напряжение ускоряет электроны из фотокатода, и они попадают на люминофорный слой, нанесенный на экран. Люминофорный слой начинает светиться в диапазоне излучения, видимого человеческим глазом.
Чтобы сделать изображение на экране более четким, в вакуумную трубку помещается фокусирующая система. Эта система обеспечивает более четкий путь для электронов и, следовательно, более четкое изображение в фосфоресцирующем слое.
Как устроен фотокатод?
Прозрачный проводящий слой, электрод фотокатода, наносится на входное окно линзы. На этот электрод наносится активный полупроводниковый слой. Полупроводниковый слой может быть выполнен из сурьмы-серы, кислорода-серебра-серы или полиалкалия (соединение сурьмы-калия-натрия-цезия).
Фотокатод обладает хорошей эмиссией света в видимой и инфракрасной областях спектра.
Полищелочной фотокатод обладает наилучшей эмиссией света. Он изготавливается путем осаждения слоя сурьмы, обработанного парами цезия, натрия и калия. Спектральная чувствительность этих фотокатодов находится в диапазоне длин волн от 0,3 мкм до 0,9 мкм.
